Chauffage isobare : expansion à pression constante
1 · Prédire
Un gaz est chauffé à pression constante, il se dilate donc (isobarique). Si vous le laissez se dilater jusqu’à atteindre un volume final plus important, le gaz agit-il davantage sur son environnement ?
- Un volume final plus important signifie moins de travail effectué par le gaz.
- Le travail effectué ne dépend pas du volume final.
- Un volume final plus important signifie plus de travail effectué par le gaz.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage « échauffement isobare » et appuyez sur Réinitialiser. 1 mole de gaz commence à 24.9 L, 300 K, à pression constante.
- Activez la lecture de la température finale sur la chambre.
- Définissez le volume cible (final) pour chaque essai et enregistrez la température finale et le travail effectué.
3 · Collecter les Données
| Tome final V₂ (L) | Travaux effectués par gas W_gas (J) | Température finale T₂ (K) |
|---|---|---|
| 32.43 | ||
| 39.91 | ||
| 49.89 |
Tracez la température finale T₂ (axe y) par rapport au volume final V₂ (axe x) pour vos trois essais. La droite passe-t-elle directement par l’origine ?
4 · Analyser
- Pour un essai, calculez W_gas = P₁(V₂ − V₁) en utilisant P₁ = nRT₁/V₁ = 100 kPa, puis T₂ = T₁·V₂/V₁. Comparez les deux au tableau.
- Expliquez, en utilisant W_gas = P·ΔV, pourquoi un changement de volume plus important à la même pression constante signifie plus de travail effectué par le gaz.
5 · Approfondir
- Votre ligne T₂-vs-V₂ est la loi de Charles : à pression constante, le volume et la température absolue sont directement proportionnels. Expliquez pourquoi cela découle directement de PV = nRT lorsque P est maintenu fixe.
- Une partie de la chaleur que vous ajoutez pendant le chauffage isobare est consacrée au travail (expansion) et une autre partie à l'énergie interne. Lequel obtient le plus de chaleur ajoutée pour un gaz monoatomique (f = 3) : le terme de travail ou le terme d'énergie interne ?
La physique derrière cette expérience
Travail isobare
À pression constante, le travail effectué par un gaz en expansion est simplement égal à la pression multipliée par le changement de volume : W_gas = P·ΔV — l'aire d'un rectangle sous une ligne horizontale sur un diagramme P-V.